煤炭科学技术200809：大同矿区地表沉陷类型及成因初探

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1、煤炭科学技术，2008,36(9)；92-95.大同矿区地表沉陷类型及成因初探黄庆国1，赵军2（1.山西大同大学工学院，山西大同　037003；2.同煤集团公司技术中心，山西大同　037003）摘　要：为研究大同矿区地表大面积沉陷成因，对不同采煤方法引起的不同沉陷类型进行分析，总结出大同地区坚硬顶板具有大面积冒落的特征。同时，通过对顶板冒落前煤柱受力情况和地表塌陷机理进行的模拟，得出如下结论：在采空区部分煤柱丧失承载能力后，上部覆岩将围岩应力转移到周边仍具有一定承载力的尚未完全失效的煤柱上，致使相邻煤柱发生破坏，产生“多米诺骨牌”连锁破坏效应，并最终引起坚硬顶板冒落，造

2、成地表大面积沉陷。关键词：大同矿区；沉陷类型；煤柱；冒落DiscussionofsurfacesubsidencetypeandcauseinDatongMiningAreaHuangQing-guo1，ZhAOJun2(1.SchoolofTechnology,ShanxiDatongUniversity,Datong,037003,China;2.TechnologyCenter，DatongCoalMineGroupCorporationLtd,Datong037003,China;)Abstract:Inordertostudythelarge-scalesub

3、sidencecausesinDatongMiningArea,thepaperanalyzedthedifferenttypesubsidenceoccurredwithdifferentcoalminingmethodsandsummarizedthelargearearooffailingfeaturesofthehardroofindatongarea.Meanwhile,asimulationwasconductedonthecoalpillarstressedconditionandthesurfacesubsidencemechanismbeforethe

4、roofinthecoalminingfacefaileddown.Theconclusionwasasfollowings;Whensomecoalpillarsinthegoaflosttheloadingcapacity,theabovestratawouldpassthestressofthesurroundingrocktothenearbycoalpillarswithcertainloadingcapacitybutnotlallingdownyet.Thenthenearbycoalpillarswouldbefailureandcause“domino

5、”linkedfailureeffect.Finally,thehardroofwouldbefaileddownandalargescalesurfacesubsidenceoccurred.Keywords:DatongMiningarea;subsidencetype;Coalpillar;fallingdown大同矿区煤层、顶板坚硬，普遍存在有厚层状整体砂岩顶板，普氏系数一般为f=6～16，最高甚至达20以上，采后顶板难以垮落，形成大面积悬顶隐患[1]。在这种特殊的“两硬”条件下（煤层和煤层顶板坚硬），岩层破坏和地表移动表现出特有的复杂性和特殊性，煤层开采过程的

6、初期地表沉陷变形不明显，但采空区覆岩一旦发生切冒，地表就将在短时间内产生突发性变形、裂缝和沉陷，从而导致地表建筑物严重破坏，甚至造成房屋倒塌和人员伤亡的严重后果。20世纪70年代以后，虽然采取了科学的开采方法和顶板管理技术，但随着采空区面积不断增加，以及多煤层联合开采导致的采煤沉陷，加剧了对地表及其建筑物的破坏。据不完全统计，截止2001年底，大同矿区地表采煤沉陷区总面积450km2。1　大同矿区地表塌陷类型1.1即时型突发性切冒塌陷整体一次性即时型切冒是指用仓房、房柱和刀柱法开采的浅层采空区，柱采面积比小于20%，当开采达到一定面积时，在开采过程中发生的一次性切冒。大

7、同矿区历年来发生整体一次性即时型切冒多达数十起[2]。例如1975年6月马脊梁矿402盘区2号煤长壁刀柱采空区发生的大面积切冒，冒落区距地表垂深55.8~106m，煤层采厚5.5~6.7m，冒落面积12.5万m2，地面塌陷面积约7万m2，并形成一个近似椭圆形的环状塌陷坑，面积0.7万m2，深度0.7m，塌陷坑周围出现13条大裂缝，最大宽度3.6m。外围还有环状小裂缝，宽度0.1～0.4m。切冒引起的地震达3.2级，附近房屋的窗户玻璃被震碎，全矿区都有震感。1.2　滞后型突发性切冒塌陷整体一次性滞后型切冒是指仓房、房柱和刀柱开采的浅层采空区